Forschen als «way of life»

Der frühere Prorektor Forschung, der Mediziner Alexander Borbély, hat neben dem Amt in der Universitätsleitung immer auch eigene Forschung betrieben und blickt so auf vierzig Jahre Schlaf- bzw. zirkadiane Rhythmusforschung. Eine Rückschau.

Brigitte Blöchlinger

«Wer arbeitet, dem ist der Schlaf süss»: Dieses Zitat aus der Bibel stellte Alexander Borbély letztes Jahr an den Anfang seiner Rede zum Dies academicus an der Universität Zürich. Es passt durchaus auch auf den Redner selbst. Denn sowohl Arbeiten, lies: Forschen, als auch der Schlaf als Forschungsgegenstand haben den 67-jährigen seine ganze akademische Laufbahn hindurch begeistert. Dass gerade der Schlaf den in Ungarn geborenen und im Kanton Zürich aufgewachsenen Wissenschaftler durch seine Karriere begleitete, ist Zufall, und auch wieder nicht: «Ich interessierte mich schon früh für biologische Rhythmen», erinnert sich Alexander Borbély, «ein Thema, das in den sechziger Jahren neu und kaum erforscht war».

Professor Alexander Borbély blickt auf eine vierzigjährige Forschertätigkeit zurück. (Bild: Christoph Schuhmacher)

Ein Flair für neue Technologien

Am Research Laboratory of Electronics des MIT, wo er als Postdoc zwei Jahre verbrachte, um sich mit Biokybernetik und Signalanalyse zu befassen, war er an Schlafforschungsprojekten mit Tieren beteiligt. Diese Mitarbeit erlaubte es ihm, elektrophysiologische Kenntnisse zu erlangen und erste Erfahrungen mit der Anwendung der damals neuen Laborcomputer zu gewinnen. «Die Forschungsatmosphäre am MIT war sehr beeindruckend», findet Borbély.

Nach seiner Rückkehr entwickelte er neue Methoden, um die Hirnstromwellen von Laborratten telemetrisch über lange Zeitintervalle hindurch verfolgen zu können und bezog auch das Fress- und Trinkverhalten und die motorische Aktivität in die Langzeitregistrierung der Schlaf-Wachzyklen mit ein. Von Anfang an arbeitete der Mediziner eng mit Ingenieuren und Informatikern zusammen – eine Kombination, die sich in der Schlafforschung als fruchtbar erwies. Das technische Know-how erlaubte ganz neue Dimensionen in der quantitativen Analyse des Schlafes. Das junge Forscherteam schrieb zu Beginn die Computerprogramme selbst und benutzte einen der ersten, damals noch unglaublich teuren, grossen und aus heutiger Sicht leistungsschwachen Laborcomputer. «Ich wende mich gerne neuem Terrain zu», erklärt Borbély seine Affinität für neue Technologien und die damals noch junge zirkadiane Rhythmusforschung (zirkadian bedeutet: zirka einen Tag umfassende physiologische Vorgänge).

Eigenständig forschen: «ein toller Moment»

Als er 1968 an die Universität Zürich zurückkehrte, konnte er eine eigene Forschungsgruppe zusammenstellen. Das wissenschaftliche Personal wurde damals kontinuierlich aufgestockt. «Als ich mich 1971 habilitierte, fing die Eigenständigkeit als Forscher an», erzählt Borbély, «das ist eine wunderbare Phase im Leben eines Forschers. Zum Glück wurde damals auch noch relativ viel Geld für die Forschung gesprochen.» Und so konnte das Team Tag und Nacht Schlafforschung zuerst am Tier und später auch am Menschen betreiben – mit wirkungsvollen Resultaten. Das improvisierte Humanschlaflabor am Pharmakologischen Institut wurde nach dem Umzug in den Irchel von einer grosszügig konzipierten Registrierstation mit hervorragender Infrastruktur abgelöst.

Das Zwei-Prozess-Modell der Schlafregulation. (Bild: zVg.)

Das Zwei-Prozess-Modell

Dass Menschen verschiedene Schlafphasen (REM und nonREM Schlaf) durchlaufen, war damals bereits bekannt. Worüber man allerdings noch wenig wusste, war die Schlafregulation. In diesem Gebiet charakterisierte Professor Borbély mit seinem Team wesentliche Prozesse und entwickelte das Zwei-Prozess-Modell daraus: «Die Schlafbereitschaft verläuft in einem zirka 24 Stunden dauernden Rhythmus und gibt den optimalen Zeitraum für den Schlaf vor: nachts. Die Schlafbereitschaft hängt zudem von der Dauer der Wachzeit ab, ist somit homöostatisch reguliert; er baut sich während der Wachzeit auf und während des Schlafes wieder ab.»

In der «Praxis» bedeutet das: Verzichtet man während einer Nacht auf den Schlaf, erhöht sich zwar die Schlafbereitschaft und der Erholungsschlaf wird intensiver; aber man schläft nur wenig länger als normalerweise. Die Tagesperiodik des Schlaf-Wach-Rhythmus bleibt erhalten.

Professor Alexander Borbély und sein Team am Institut für Pharmakologie und Toxikologie. (Bild: zVg.)

Grundlagenforschung mit Praxisbezug

Das Zwei-Prozess-Modell stiess auf grosse Resonanz in der Schlafwissenschaft. «Wahrscheinlich, weil das Modell leicht verständlich und insofern ordnend ist, als sich darin weitere Erkenntnisse der Schlafforschung integrieren lassen», erklärt Borbély den Erfolg seines Zwei-Prozess-Modells. Über 800 mal wurde die Originalpublikation bisher zitiert, Tendenz über 24 Jahre hinweg steigend. Seit den 1970er Jahren hat die zirkadiane Rhythmusforschung einen Aufschwung erlebt, ihr starker Bezug zur Realität liess und lässt sie aktuell bleiben. Alexander Borbély nennt mehrere grosse Unfälle, bei denen nachweislich fehlender Nachtschlaf mit einem natürlichen Tagestief zusammenfiel und verheerende Auswirkungen zeitigte: beispielsweise 1979 der GAU eines der Kernreaktoren von Three Mile Island in den USA oder 1989 der Ölunfall der Exxon Valdez in Alaska. Seit die Menschen immer weiter reisen und häufiger in der Nacht arbeiten, haben Probleme mit dem Tagesrhythmus und fehlende Erholungsprozesse auch im alltäglichen Leben (als Jetlag, Sekundenschlaf am Steuer etc.) Einzug gehalten.

Grosse Verändungen durch Mikroelektronik und Genetik

In den letzten vierzig Jahren hat sich Grundlegendes in der Schlafforschung verändert, findet Alexander Borbély, «vor allem durch den Einzug der Mikroelektronik». Heute können Daten um ein x-faches besser gespeichert und verarbeitet werden. Und auch die Kommunikation der wissenschaftlichen Ergebnisse hat enorm zugelegt, von der teuren, langsamen Fotokopie zur extrem günstigen und schnellen elektronischen Verbreitung via Internet.

Ebenso wichtig war der Einzug der Genetik in die Schlafforschung, ist Borbély überzeugt. Sie hat zusätzliche Bedeutung erlangt, nachdem gezeigt wurde, dass selbst wirbellose Tiere ähnliche Reaktionen auf Schlafentzug zeigen wie der Mensch. Sowohl Kakerlaken als auch die Fruchtfliege Drosophila kompensieren Schlaf, obwohl sie kein den Säugetieren vergleichbares Gehirn aufweisen. «Diese Befunde haben weit reichende Implikationen», folgert Borbély. «Sie eröffnen dem Gebiet neue genetische Forschungsansätze. Vielleicht wird sich zudem zeigen, dass der Schlaf letztlich ein zelluläres Phänomen ist.» Falls diese These in den nächsten vierzig Jahren verifiziert werden kann, würde die eingangs zitierte Bibelstelle wissenschaftlich korrekt heissen: Zellen, die arbeiten, schlafen süss.

Brigitte Blöchlinger ist Redaktorin von unipublic

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